遗传学基础:原核生物的转录调控

文摘   2024-07-15 18:51   新疆  

转录调控的基本原则

基因表达由调控蛋白控制

基因通常受细胞外信号的控制,对于细菌而言,这通常意味着生长介质中的分子。这些信号通过调控蛋白传递给基因,调控蛋白分为正调控蛋白(激活子)和负调控蛋白(抑制子)。这些调控蛋白通常是能够识别它们所控制基因附近或处于其上的特定位点的DNA结合蛋白。激活子增加受调控基因的转录,而抑制子则减少或消除该转录。

转录起始的调控

大多数基因表达的调控发生在转录起始阶段。这是因为在能量和资源的使用上,这是最有效率的步骤。在转录起始阶段决定是否表达基因可以确保不浪费能量和资源来制造不会被使用的mRNA。然而,调控也可以发生在转录起始后的各个阶段,如延伸和终止。

例子:大肠杆菌的乳糖操纵子

乳糖操纵子(lac operon)是转录调控的经典例子之一。大肠杆菌的乳糖操纵子包括三个基因:lacZ、lacY和lacA,它们排列在基因组上并作为一个单一的mRNA转录。lacZ编码β-半乳糖苷酶,分解乳糖;lacY编码乳糖渗透酶,运输乳糖进入细胞;lacA编码硫代半乳糖苷转乙酰酶,清除有毒物质。

乳糖操纵子的调控机制

乳糖操纵子的表达受两个调控蛋白控制:一个是激活子CAP(也称CRP),另一个是抑制子Lac阻遏物。Lac阻遏物由lacI基因编码,位于其他lac基因附近但有独立的启动子。CAP由大肠杆菌基因组中另一个位置的基因编码。

  • CAP(Catabolite Activator Protein):当葡萄糖不可用时,环状AMP(cAMP)浓度上升,cAMP与CAP结合并激活CAP,使其能与DNA结合并促进RNA聚合酶结合到启动子上,从而促进lac操纵子的表达。

  • Lac阻遏物:在没有乳糖的情况下,Lac阻遏物与操作子结合,阻止RNA聚合酶结合启动子,从而抑制基因表达。当乳糖存在时,它被转化为异乳糖,异乳糖与Lac阻遏物结合,使其发生构象变化,无法再与DNA结合,从而解除对基因的抑制。

合作结合和变构调控

  • 合作结合:多个调控蛋白可以共同结合DNA并相互作用,这种结合可以产生敏感的开关,允许基因在条件发生小变化时从完全关闭变为完全打开。

  • 变构调控:调控蛋白的活性通常由其特异性信号通过变构作用控制。信号分子与调控蛋白结合,使其发生构象变化,从而改变其与DNA的结合能力。

转录调控的复杂性

除了通过转录起始阶段的调控外,基因表达还可以在其他步骤进行调控,如转录延伸和终止。例如,λ噬菌体使用抗终止机制来调控其基因表达,从而允许RNA聚合酶通过通常会阻碍下游基因表达的终止子位点。
Molecular Biology of the Gene (Watson, James, Baker, Tania, Bell, Stephen etc.)

Dr Leo
ENT医生的科研分享
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